生物质热解动力学研究进展
生物质热解技术研究现状及其进展
能源研究与信息第17卷第4期 Energy Research and Information Vol. 17 No. 4 2001 文章编号 1008－8857（2001）04－0210－07生物质热解技术研究现状及其进展李伍刚，李瑞阳，郁鸿凌，徐开义（上海理工大学上海 200093） 摘要生物质热解技术是把低能量密度生物质转化为高能量密度气、液、固产物的一种新型生物质能利用技术。
其中液体产物具有便于运输、储存等优点，可替代燃料油用于发电、供暖系统以及可代替矿物油提炼某些重要的化学物质。
介绍了国内外对这一技术的各种研究及其进展，并简要介绍了上海理工大学独立研制开发的生物质闪速液化实验装置。
关键词生物质热解； 生物油中图法分类号 TK6文献标识码A1 引言能源是人类生存与发展的前提和基础，从远古时代原始人钻木取火到近代以蒸汽机为代表的工业革命，人类文明的每一跨越和进步都与所用能源种类及其利用方式紧密相连。
目前人类赖以生存和进行经济建设的一次能源主要是矿物能源（煤、石油、天然气、核能等）。
矿物能源的使用隐藏着两个严重问题，其一：根据目前的全球能耗量和矿物能源已探明的储量，煤、石油、天然气、核燃料可使用年限分别为220、40、60和260年[1]，从长远来看人类必将面临能源危机。
其二：矿物能源对环境有巨大破坏作用，矿物能源燃烧产生大量CO2、SO x、NO x等气体。
CO2属温室效应气体，会造成全球变暖及臭氧层破坏。
NO x、SO x等有害气体会直接对环境、设备和人体健康构成危害。
故此，作为有重要长远意义和战略意义的技术储备，寻求清洁的可再生能源及其利用技术，已成为全球有识之士的共识，受到各国政府和研究机构的广泛关注。
生物质是一种清洁的可再生能源，生物质快速热解技术是生物质利用的重要途径，所谓热解就是利用热能打断大分子量有机物、碳氢化合物的分子键，使之转变为含碳原子数目较少的低分子量物质的过程。
生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体（生物油）、气体（可燃气）、固体（焦碳）三种产物的生物质热降解过程。
生物质热解技术研究进展
收稿日期:2007-09-25基金项目:天津市科技委项目(05YFJ MJC12600)。
作者简介:刘 康(1983-),男,河南三门峡人,硕士生,主要从事生物质能转化技术的研究。
联系人:贾青竹,电话:(022)60601461;E mail:jiaqingzhu88@ 。
文章编号:1004-9533(2008)05-0459-06生物质热解技术研究进展刘 康,贾青竹,王 昶(天津科技大学材料科学与化学工程学院,天津300457)摘要:生物质是地球上最丰富的可再生资源,通过热解实现生物质高效转化是一种前景广阔的工艺技术。
生物质热解技术是把低能密度生物质能转化为高能密度产物以及高附加值化学品的一种新型生物质能利用技术。
论述了国内外对热解技术的研究现状,分析了生物质的热解机理,并且指出了热解技术中需要解决的问题以及今后的主要研究方向。
关键词:生物质;热解;反应器;热解机理;共热解中图分类号:TQ351 2 文献标识码:ADevelopment on Biomass Pyrolysis TechnologyLIU Kang,JIA Qing zhu,WANG Chang(Department of Materi al Science and Che mical Engi neering,Tianji n University of Science and Technology,Tianjin 300457,China)Abstract :Biomass is the most abundant rene wable resource in the ing the biomass pyrolysis technique,which is a new type of biomass energy utilization,the low energy density in biomass could be converted into the products with high energy density,and many chemicals would be obtained also.The recent progress in biomass pyrolysis techology at home and abroad,the pyrolysis mechanism of the main element of biomass were investigated,respectively.Furthermore,the problems to be solved in pyrolysis and the research direction in these respec ts were proposed also.Key words :biomass;pyrolysis;reac tor;pyrolysis mechanism;co pyrolysis 随着人们对能源需求的日益增长,作为主要能源的燃料却迅速减少。
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质是一种可再生的能源资源，其快速热解技术在能源利用和环境保护方面具有重要意义。
本文将探讨生物质的快速热解及其热解机理研究。
快速热解是一种高温、短时间内对生物质进行加热分解的过程，通过这一过程可以得到液体燃料、气体燃料和固体炭等有用的产物。
快速热解技术在能源转化和减少碳排放方面具有重要的应用价值。
生物质的热解机理是指生物质在高温下发生化学和物理反应的过程。
热解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等主要成分会发生热解反应，产生液体、气体和固体产物。
热解反应主要包括干馏、裂解、气化和炭化等过程。
干馏是指在缺氧或低氧条件下，生物质中的挥发性物质被释放出来。
这些挥发性物质主要包括水、酸、醛、酮等。
干馏是生物质热解的第一步，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
裂解是指在高温下，生物质中的高分子化合物被断裂为低分子化合物。
裂解过程中，纤维素和半纤维素会分解为糖类、酚类和醇类等低分子化合物。
木质素则会分解为苯酚类和芳香烃类化合物。
裂解反应是生物质热解的关键步骤，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
气化是指生物质在高温下与气体反应生成气体的过程。
气化过程中，生物质中的碳水化合物被分解为一氧化碳和氢气等气体产物。
气化反应是生物质热解的重要环节，产生的气体可用于发电、供热和合成化学品等领域。
炭化是指生物质在高温下失去挥发性物质，生成固体炭的过程。
炭化过程中，生物质中的无机物质也会得以保留，形成矿物质残留物。
炭化反应是生物质热解的最终阶段，产生的固体炭可以用作燃料或其他工业用途。
研究生物质的快速热解及热解机理对于提高生物质能源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。
研究人员通过实验和数值模拟等手段，探索不同反应条件下生物质热解的机理和影响因素。
研究结果表明，反应温度、反应时间、生物质种类和粒径等因素对于热解产物的种类和产率有重要影响。
在实际应用中，快速热解技术可以将农林废弃物、城市固体废弃物和能源作物等生物质资源转化为有用的能源产品。
生物质热解技术的发展现状与趋势
生物质热解技术的发展现状与趋势当今社会面临着严重的环境问题，能源资源的稀缺和污染问题越来越严重。
因此，使用可再生能源成为解决环境和能源问题的重要途径。
生物质能源作为一种可再生的资源，吸引了越来越多的关注。
生物质热解技术是将生物质转化为燃料和其他有用产品的一种重要方法。
本文将介绍生物质热解技术的现状和未来趋势。
一、生物质热解技术的发展历程生物质热解技术起始于19世纪末，当时用于制备木炭和燃料，并发展成为以木质素为原料的化工工业。
20世纪70年代，随着油价的不断上涨，研究人员开始将目光投向生物质能源，并发展出了新的热解技术，如快速热解和流化床热解等技术。
近年来，随着生物质能在能源和环境领域的不断应用，热解技术也得到了广泛的研究和应用。
二、生物质热解技术的原理及分类生物质热解是将生物质在高温条件下，通过热解反应，将其分解为固体、液体和气体三种组分的一种技术。
其中，固体产物包括生物质炭和灰，液体产物包括木质素油、醇和酸等化合物，气体产物主要是一氧化碳、二氧化碳和氨等气体。
根据生物质热解的反应条件，可将其分为缓慢热解和快速热解两种类型。
缓慢热解是在低温下进行的反应，主要产生生物质炭和液态产物，其中液态产物含有丰富的木质素化合物。
快速热解是在高温下进行的反应，主要产生气态产物，其中以一氧化碳和二氧化碳比例最高。
快速热解相比较缓慢热解，具有反应速度快、能耗低和产气率高的特点。
三、生物质热解技术的应用现状生物质热解技术的应用现状主要存在于两个方面：一是生产生物质炭和木质素油，用于能源开发和生物质化学制品生产；二是用于污水、垃圾和农业残留物等的处理，达到减少污染和资源再利用的目的。
生物质炭是生物质热解的重要产物之一，其具有高效的吸附性能和热值，被广泛用于农业、太阳能、污水处理、水质净化和园林等领域。
近年来，随着环保意识的不断加强，生物质炭的需求量逐年上升。
木质素油是生物质热解的另一种重要产物，其含有许多有机化学品，如酚、醇、甲醛、醛酮等，适用于制备各种化学品和生物质燃料。
生物质热解技术研究及其应用前景分析
生物质热解技术研究及其应用前景分析生物质能作为一种可再生资源，在能源领域的应用备受关注。
其中，生物质热解技术是一种重要的转化方式，能够将生物质转化为液体、气体和固体等可利用的产物。
本文将从生物质热解技术的基本原理、近年来的研究进展和未来的应用前景三个方面进行探讨。
一、生物质热解技术的基本原理生物质热解技术是一种将生物质在高温条件下进行裂解、转化的过程。
热解过程中，生物质被加热至一定温度，分解出燃料气、液体油和固体炭等。
其中，得到的燃料气可以用作热电联产等领域的燃料，液体油可以作为燃料直接使用或通过催化裂解转化为化学品，固体炭则可以作为燃料或用于其他领域。
生物质热解技术的基本原理可以归纳为以下两个方面：1.热解动力学过程热解动力学过程是指生物质在热解温度下的物理化学反应过程。
主要包括生物质的干馏、缩合、挥发裂解和裂解产物的再组合等反应。
热解过程中，生物质在高温下分解产生大量气体，但是还会留下部分残留物，主要是炭和灰分。
这些物质对于热解产物的性质和结构具有重要的影响。
2.反应机理反应机理主要包括热解过程中所涉及的化学反应机理和热传递机理。
化学反应机理是指生物质在热解过程中涉及的化学反应，包括分解、缩合和反应区域内的化学反应等。
热传递机理是指能量在反应区域内的传递规律，生物质的热分解是通过热传递来提供反应过程所需的能量。
二、生物质热解技术的研究进展近年来，生物质热解技术的研究越来越受到关注，主要体现在以下几个方面。
1.反应机理研究热解反应机理对热解技术的开发和应用至关重要，因此，对其研究成为目前生物质热解技术领域的研究热点。
已有研究发现，热解反应的速率由以下几个因素决定：温度、反应物浓度、反应物类型和反应物微观结构等。
通过对这些因素的研究，可以帮助优化热解条件，使得反应过程更加高效。
2.反应产物的研究生物质热解过程产生的反应产物包括气体、液体和固体。
已有研究表明，气体产物可包括碳氢气体、甲醛、甲酚和苯等，液体产物可包括醇、酸和酮等，固体产物则主要是炭。
生物质热解研究的进展
１ 热解产物 的影响 因素
生 物 质 的热解 是 一个 十分 复杂 的过 程 ， 要 由 主
９ ％的挥发分 。挥发分 的含量越 高， ０ 焦炭 的产率就
越低。
５ 部分组成 ： 热传递 以及生物质 的内部升温。② ①
随着生 物质 的温 度 升 高 ， 开始 析 出挥 发 分 ， 成 焦 形
生物 质 热 解是 指 生 物 质 在 没 有 氧 化 剂 （ 空气 、 氧气 、 蒸 气 等 ） 在 的条 件下 ， 热 到逾 ５ ０ｏ 水 存 加 ０ Ｃ， 裂解 生成 液体 （ 物 油 ） 固体 （ 炭 ） 富 含 Ｈ 生 、 焦 和 的 气体 产 物 。生 物 质 热 解 的燃 料 能 源 转 化 率 可 达
的物理 特性 的影 响 ， 如生 物 质 的挥 发 分 、 分 、 粒 水 颗
的产量降低¨ 。 ③ 颗粒粒度。生物质的颗粒粒度影响其 内部
的温度分 布和 生物 质 的热 解 。对 快 速 热解 ， 一般 大 颗粒 物料 的传 热能 力 比小颗 粒 差 ， 颗 粒 内部升 温 大
基 金 项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 （０４ ０ １ ； 湖 北 省 自然 科 学 基 金 （ ０３ Ｂ ０６ ５４ ６ ２ ） ２０Ａ Ａ ８ ）
９ ．％ ， ５ ５ 也是燃 烧和气 化必 不可少 的初始 阶段 。
粒度 、 生物质的组成等。不 同条件下 ， 热解产物有显
著差 异 。
１ １ 生物质 的 物理特 性 ．
① 挥发分 。生物质中的挥发分是影响其热解
产物 的决 定 性 因 素 ， 物 质 原 料 通 常 含 有 ７ ％ ～ 生 ０
维普资讯
第２ ６卷
第 ５期
煤 气 与 热 力
生物质热解特性及热解动力学研究
生物质热解特性及热解动力学研究一、本文概述Overview of this article随着全球能源危机和环境问题的日益严重，生物质作为一种可再生、环境友好的能源，其开发和利用受到了广泛的关注。
生物质热解作为生物质能转化和利用的重要途径之一，其特性及动力学研究对于提高生物质能源利用效率、优化能源结构以及减少环境污染具有重要意义。
本文旨在全面系统地研究生物质热解的特性及动力学行为，为生物质热解技术的进一步发展和应用提供理论支持和实践指导。
With the increasingly serious global energy crisis and environmental issues, biomass, as a renewable and environmentally friendly energy source, has received widespread attention for its development and utilization. Biomass pyrolysis, as one of the important pathways for biomass energy conversion and utilization, its characteristics and kinetics research are of great significance for improving biomass energy utilization efficiency, optimizing energy structure, and reducing environmental pollution. This articleaims to comprehensively and systematically study the characteristics and kinetic behavior of biomass pyrolysis, providing theoretical support and practical guidance for the further development and application of biomass pyrolysis technology.本文首先介绍了生物质热解的基本概念、原理及其在能源领域的应用前景。
生物质热解反应的动力学行为研究
生物质热解反应的动力学行为研究生物质资源已经成为了近年来的一个热门话题，因为它是一种潜在的替代能源，能够替代化石燃料，减少碳排放。
因此，生物质热解技术也越来越受到人们的关注，研究生物质热解反应的动力学行为，为生物质热解技术的进一步发展提供了有力的理论支持。
生物质热解反应蕴含了很多热力学过程和动力学过程，其中动力学行为研究是一种重要的领域。
生物质热解反应的动力学行为研究主要是研究生物质在高温下的分解和转化反应过程，以及反应过程的速率与温度、压力等因素的关系。
通过研究生物质热解反应的动力学行为，可以确定最适宜的反应条件，提高反应效率和产品质量，推动生物质热解技术的发展。
生物质热解反应的动力学行为是一个复杂的过程，可以分为两个步骤：第一步是生物质分解，第二步是分解产物的转化。
生物质分解是一种热解反应，包括干燥、去除挥发物和碳化三个过程。
在干燥过程中，生物质的含水量逐渐降低，同时出现一些可挥发的物质。
在去除挥发物的过程中，生物质中的可挥发物在高温下逸出，化学成分和物理结构发生变化。
碳化是指随着温度升高，生物质中的碳化物数量增加，形成固体碳。
在生物质分解过程中，生物质的挥发分会逸出生成气体和液体产物，而不能挥发分会形成炭质产物。
第一步是生物质的分解反应，其反应速率受到多种因素的影响，其中最主要的是反应温度。
反应温度愈高，分解反应的速率愈快，与反应温度之间呈指数关系。
另外，反应时间和微观结构也是影响反应速度的因素。
反应时间越长，反应速率就越低；生物质的微观结构对反应速度也有影响。
生物质的原始结构由纤维素、木质素和纤维木质素等组成，不同的结构组分其反应速率也各异。
第二步是分解产物的转化反应。
在生物质热解反应之后，会生成一些产物，如生物油、气体和固体炭。
对于产物进一步转化的研究也十分重要，因为只有在完全理解反应机理和转化路径的情况下，才可以在生物质热解反应中取得理想的产物组成和产量。
早期的研究表明，生物质热解的气态产物主要是氢（H2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），并且产生的气体的组成与反应温度密切相关。
生物质热解研究进展(综述)
热等离子体 陕速热解液化是最近出现的生物质液化新方法 ， 它采用热等离子体加热生物质颗粒 ， 使其
快 速升温 后 迅速 分 离 、 凝 ， 到液体 产物 。其 他 的还 有 Ｓｂ ｓｉｎＢ ｕ ｉ ， 然 冷 得 ６ａｔ ａｍｌ ｅ ｎ等对 自我 搅拌 反 应器 应 用 的研究 ［ ， ＢＲｏｓ等［ 对 ＧＣＭＳ应 用 的 研 究 。 国 内进 行 研 究 的 反 应 器 结 构 有 ： 化 床 ［ 、 ３ Ａ ｓ ］ ４ ］ — 流 ５ 固定 ］ 床 Ｌ ］循 环流 化 床 、 运 床 、 流 炉 、 空移 动床 、 转锥 形 反 应 器 等 。它 们 都 有 各 自的优 缺 点 。 目前 ， ６ 、 输 层 真 旋 用 于商业 运 行 的只 有输 运 床和循 环 流化 床 系统［ 。除 了开 发 反 应 器 装 置 来 研究 生物 质 热 解 特性 之 外 ， ８ ］ 谢 克 昌等［ 利用 热解 快 速 装 置 Ｃ Ｓ ００ 红 外 联 用 仪 （ ｙＦ Ｒ） 热 解 反 应 进 行 快 速 检 测 ， Ｄ ２ ０ ｇ ］ Ｄ ２０ ／ Ｐ ／ ＴＩ 对 Ｃ Ｓ００
生物质热解研究进展 （ 述 ） 综
王 洪 志 ，陈攀 峰 刘 朝 军。 ， ，罗
（ １重 庆 大 学 动 力 工 程 学 院 ， 庆 ，００ ４ ２河 北 科 技 师 范 学 院 机 械 电子 系 ； 南 省 濮 阳市 农 业 局 ） 重 ４０４ ； ３河 摘 要 ： 生 物 质 能 的转 换 方 式 出发 ， 从 主要 介 绍 了热 解 反 应 器 、 速 热 解 、 化 热 解 、 响 因 素 、 解 产 物 等 研 究 快 催 影 热 现状 ， ： 了生 物 质 主要 成 分 的 热 解 机 理 ， 出 了这 些 技 术 中 需 要 解 决 的 问 题 以 及 目前 的 主要 研 究 方 向 。 分析 指 关 键 词 ：生 物 质 ；热 解 ； 应 器 ； 化 热 解 反 催
生物质热解技术的研究进展
生物质热解技术的研究进展随着环境保护意识的不断提高，传统化石能源的使用受到了越来越多的关注。
而生物质能作为一种可再生资源，其利用也逐渐得到了广泛的重视。
生物质热解技术作为其中一种利用方式，具有较高的能源转化效率和低碳排放的特点，因此备受关注。
本文将从生物质热解技术的定义、特点以及研究进展三个方面进行阐述。
一、生物质热解技术的定义与特点生物质热解技术是指将生物质通过加热的方式分解出其中的有机成分，并将其转化为各种可用的燃料或化学原料的技术。
这种技术相较于其他生物质能利用方式，具有不需成形和脱水、可处理多种生物质、可获得多种产品等优点。
生物质热解技术的热解过程主要是在高温、无氧或低氧气氛下进行的。
而热解反应一般需要高温和较长的反应时间才能得到理想的产物。
生物质热解过程中，一般会分解出生物质中的固体物质、液体物质和气体物质。
分解出的气体包括甲烷、氢气等，可以作为燃料使用。
分解出的液相物质主要是生物油，而固相物质则是炭黑或硬质木炭。
二、研究进展生物质热解技术的研究自20世纪60年代起就已经开始，近年来随着环境问题的不断升级和新能源需求的不断增长，热解技术的研究也得到了进一步的加强。
生物质热解技术的研究主要涉及以下几个方面：1.反应机理研究反应机理的研究是生物质热解技术得以实现的重要前提。
在生物质热解过程中，反应机理的解析有助于提高热解产物的得率和质量。
目前，已有很多的研究表明，生物质热解的反应机理较为复杂，主要涉及物理和化学两个方面。
在物理方面，主要包括颗粒温度分布、颗粒热传递等；在化学方面则主要包括反应动力学、反应物分解特性等。
2.反应条件优化反应条件的优化也是生物质热解技术得以实现的另一重要前提。
目前研究表明，反应温度、反应时间、反应气氛等因素都会显著影响生物质热解产物的种类和得率。
优化反应条件将有助于提高生物质的能源转化效率和减少废气排放。
3.产物分离和净化技术研究生物质热解产物分离和净化技术是热解技术流程中的重要环节。
生物质快速热解动力学研究进展
力学 、 热 传 质 学 和 流பைடு நூலகம்体 力 学 等 多 种 学 科 。其 中 ， 传 动
力学 机理 的研 究 是 了解 生 物 质 热 解 过程 的第 一 步 ， 也 是关键 的一 步 。生 物 质 热 解 动 力 学 主要 研 究 生 物 质 在热 分解 反应 过程 中反 应 温 度 、 应 时 间 等 参 数 与 物 反 料或 者反 应 产 物 转 化 率 之 间 的 关 系 。通 过 动 力 学 分 析 ， 深入 地 了解 反 应 的过 程 或 机理 ， 以预 测 反 应 可 可 速 率 以及 反 应 的难 易 程 度 ， 热 解 工 艺 的 制 定 、 解 对 热
中 图分 类 号 ：Ｔ ６ Ｋ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ）２－ １６—０ ８ Ｘ（ ０ ０ １ ０ ８ ７
０ 引言
生 物质 热解 是一 项 重要 的 生物 质热 化 学转 化利 用 技术 ， 它不 仪 是生 物质 气 化 或 燃 烧 等 转 化 过 程 中 普 遍 存 在 的一个 初始 过 程 ， 是 一 种 生 产 高 能量 密度 能 源 还 产 品的独 立 工 艺 。生 物 质 热 解 过 程 的 研 究 包 含 了动
行 总结 并 分 类介 绍 。 生物 质 在快 速 热解 条 件 下 的动 力 学 模 型 可 以 分 为 单 步 整 体 模 型 、 争 反 应模 型 、 总 体 竞 半
模 型 、 油 二次 裂解 模 型 和综 合 模 型 等 。 焦
关键 词 ：生 物 质 ；快 速热 解 ；动力 学 模 型
２１ ０ ０年 １ ２月
农 机 化 研 究
第 １ ２期
生 物 质 快 速 热 解 动 力 学 研 究 进 展
生物质热解反应机理及动力学研究
生物质热解反应机理及动力学研究一、引言生物质是可再生能源中的一种重要形式，其利用有利于资源可持续发展和环境保护。
在生物质利用中，生物质热解是一种主要的能源转化过程。
本文将介绍生物质热解反应机理及动力学研究。
二、生物质热解反应机理生物质热解过程是指生物质在高温下分解产生气体、液体和固体的过程。
在热解过程中，生物质的碳水化合物、蛋白质和脂类等有机物质会发生热解反应。
热解反应的过程可以分为三个阶段：干燥阶段、缩合阶段和裂解阶段。
1. 干燥阶段干燥阶段是生物质热解的第一阶段，温度一般在150℃以下。
在这个阶段，生物质中的水分被蒸发和排出，质量减轻，但生物质总的组分结构并未改变。
2. 缩合阶段缩合阶段是生物质热解的第二阶段，温度从150℃到300℃。
在这个阶段中，生物质中含有的一些易挥发组分被挥发，如酸类、醛类和酯类等。
这些组分发生缩合反应，生成一系列复杂的分子。
3. 裂解阶段裂解阶段是生物质热解的第三个阶段，温度在300℃以上。
在这个阶段中，生物质中的缩合产物进一步发生裂解反应，产生一系列低分子质量的气体和液体。
其中，气体主要为CO、CO2、H2、H2O和CH4等，液体主要为生物质液和焦油。
三、生物质热解反应动力学生物质热解反应动力学研究是热解技术研究的核心内容之一。
热解过程的速率取决于热解物料、反应温度、反应时间和反应压力等因素。
常用的表征热解过程速率的方法包括：等温模型和非等温模型。
1. 等温模型等温模型假定热解过程中温度不变，速率与反应物浓度和反应物之间的关系是可用一定的函数关系描述的。
常用的等温模型有：Arrhenius模型、Kissinger模型和Friedman模型等。
其中，Arrhenius模型假定反应速率满足下式：k=A exp(-Ea/RT)式中，k是反应速率常数，A是指前因子，Ea是活化能，R是热力学常数，T是反应温度。
2. 非等温模型非等温模型认为温度在热解过程中是变化的，速率与温度和反应物浓度之间的关系是可用一个函数关系描述的。
生物质热解特性及其动力学研究进展
文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）０ ４ — ０ １ １ ２ 一 Ｏ ２
温 度 是 控 制 生物 质 热 解 过 程 中 ，极 其 重 要 的 因素 。热 解 过 程 划 分 为 四个 阶 段 ：一 ２ ０ ０ ￣ Ｃ干 燥 区、 ２ ０ ０ — ３ ５ ０ ￣ Ｃ焙烧 区 、 ３ ５ ０ ￣ ５ ０ ０￣ Ｃ热 解 区、 和 ＞５ ０ ０ ￣ Ｃ 气 化 区 。可 见 ，热 解 温 度 将 很 大 程 度决 定 最 终 产 物 的 分 布 和 性 质 。 当热 解 温 度 升 高 时 ，
及 其 动力 学研 究 方 法 ，进 行 了广 泛 而 深 入 的 总 结 ，为 后 期热 解 技 术 应 用和 改 质 提 升 提 供 一 定 的理 论 依 据 。
关键 词：生物质 ；热解 ；影 响因素 ；动力学
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｑ ３ ５ １ ２
引 言
文 献 标 识码 ：Ａ
生 物 质 能 是 可 再 生 的 、潜 在 可 持 续 的 、 相 对 环 境 友 好 的 清 洁 能 源 。人 们 所说 的 生 物 质 主 要 包 含 藻 类 、 树 木 、 农 作 物
等植物 ，城 市生活固体垃圾 ，以及所有在地球上生存 的动物 粪便 【 １ 等 。广泛 的生物质种 类 ，使得 生物质 能的能源转化手
量都有所下降而不凝气的产率 则相应提高 。 Ｄａ ｉ 等＿ ６ ｌ 利 用木屑
在循环流化床进行热解实验 ， 研 究 结 果 表 明 升 温速 率 较 低 时 ， 利 于 生物 质 热 解 的炭 化 过 程 ，停 留 时 间 越 长 二 次 裂 解 发 生 的
更为彻底 ，致使焦油 的产率相应降低。
量 则相应减少 。研究发现Ｉ ５ ｌ 油 棕 壳 在 流 化 床 反 应 器 中 的热 解 过 程 ，发 现 热 解 生 物 油 中主 要 以含 氧 量 较 高 的酚 基 有机 化 合
生物质快速热解技术研究进展与趋势
生物质快速热解技术研究进展与趋势文章综述了国内外快速热解技术的发展现状，并提出了未来快速热解研究方面的主要方向和发展趋势。
标签：生物质能源；快速热解；研究趋势1 引言生物质能源是未来可持续发展能源系统的重要组成部分，是未来化石燃料的替代品之一，其高效转换和洁净利用日益受到全世界的关注。
目前，国外已经研究开发了快速热解技术，即生物质瞬间热解制取液体燃料油，是一种很有开发前景的生物质应用技术。
作为一项资源高效利用的新技术，生物质快速热解技术逐渐受到重视，已成为国内外众多学者研究的热点课题。
2 国外发展现状国外对于生物质的快速热解做了大量工作，特别是欧、美等发达国家，从20世纪70年代首次进行生物质快速热解实验以来，已经形成较完备的技术设备和工业化系统。
为了方便热解液化方面的学术交流和技术合作，欧洲在1995年和2001年分别成立了PyNE组织（Pyrolysis Network for Europe）和GasNet （European Biomass Gasification Network）组织，前者拥有18个成员国，后者现拥有20个成员国以及8家工业单位成员。
这两大组织在快速热解技术的开发以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。
国际能源署（IEA）组织了加拿大、芬兰、意大利、瑞典、英国及美国的10余个研究小组进行了10余年的研究工作，重点对这一过程发展的潜力、技术、经济可行性以及参与国之间的技术交流进行了协调，并在所发表的报告中得出了十分乐观的结论[1]。
荷兰Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并开始研制旋转锥式反应工艺（Twente rotating cone process），到1995年取得初步成功[2，3]。
加拿大Ensyn工程师协会研制的循环流化床工艺在芬兰安装了20kg/h的小规模装置，在意大利的Bastardo建成了650kg/h规模的示范装置[4，5]。
生物质燃料的热解反应动力学及产物分析研究
生物质燃料的热解反应动力学及产物分析研究生物质燃料是指从植物、动物等有机物来源的可再生能源。
与传统化石燃料相比，生物质燃料更加环保、可持续、低碳。
然而，许多生物质燃料的能源密度低、不稳定，不易保存和运输，因此需要对其进行加工转化，其中热解反应是重要的转化方式。
热解反应可通过热分解生物质燃料形成可用于能源的气体、液体和固体产物，并有利于解决生物质燃料运输和储存的问题。
热解反应动力学热解反应是一种复杂的化学过程，涉及多种热分解反应。
本研究使用TG-DSC/MS联用技术，对生物质燃料的热解反应动力学进行了研究。
热重分析法（TG）可以监测样品在不同温度下的质量变化，并得到质量变化率，并结合热差示分析法（DSC）测得样品热分解吸热值，从而确定生物质燃料的热解反应焓值。
质谱法（MS）则可分析样品热解气体产物的组分和生成量，以便分析热解反应的动力学过程。
这种联用技术可以同时观察反应过程和产物，从而更全面地了解热解反应。
热解反应的动力学方程式一般采用简化的单步反应模型，根据不同的反应条件和生物质种类，可以得到不同的反应机理和动力学参数。
例如，通过对某种木质生物质的热解反应进行研究，发现其热解反应符合随机孤立团模型（RPI）动力学模型。
该模型描述了木质素中聚合气态产物发生核生长的反应机理，并能够合理解释热解反应过程中的产物分布。
这些研究结果为生物质燃料的利用提供了理论依据和技术支持，有助于改进生物质热解反应过程中的参数设计和优化。
产物分析研究热解反应过程中会产生多种气态、液态和固态产物，这些产物的种类、组成和产量对于生物质燃料转化效率和环境安全性至关重要。
因此，热解反应中产物分析研究是生物质燃料热解研究的重要内容之一。
气态产物气态产物主要包括有机气体和水蒸气等。
在热解温度范围内，有机化合物会逐渐分解，并释放出H2、CO、CH4、CO2等气体，其中金属离子和催化剂等因素对这些气体产物有重要影响。
通常，热解温度越高，气态产物中CO和H2的比例就越高。
生物质热解过程中的分子动力学模拟研究
生物质热解过程中的分子动力学模拟研究生物质热解是将天然有机物质进行热分解，得到有价值的化学品和能源产品，是一种重要的新能源获取途径。
针对这一领域，人们不断进行相关的研究和探索，其中分子动力学模拟在研究过程中占有重要的地位。
一、生物质热解的过程生物质热解的过程分为三个阶段：干燥、裂解和炭化。
干燥过程是将生物质中的水分蒸发掉，把其含水量降低到一定的范围。
在裂解过程中，生物质中的有机分子开始分解成小分子，产生气体和液体组分，随着温度升高，该过程逐渐加强。
炭化过程是指生物质热解后残留的产物发生化学反应，生成固体炭化物，随着时间的延长，该过程逐渐增强。
二、分子动力学模拟在生物质热解中的应用生物质热解的过程涉及到大量的化学反应和复杂的粒子运动，传统的实验手段难以观测其微观细节和反应机制。
而分子动力学模拟则可以从分子层次上精细地模拟生物质热解的过程，为研究提供了新的途径。
1、分子动力学模拟的原理分子动力学模拟是一种在计算机上模拟材料微观结构和运动的方法。
通过对原子和分子间的相互作用力场建模，求解运动方程，计算各个粒子的位置、速度和力等信息，从而预测材料的宏观性质和微观结构。
2、分子动力学模拟在生物质热解中的研究分子动力学模拟已经成功地应用于生物质热解反应的研究中，通过模拟生物质的结构和热解过程，揭示了分子水平上的反应机制和过程。
比如，在模拟木素的热解反应中，研究人员通过分析反应的产物、反应中的键合断裂和形成过程，发现产物组成与反应温度和反应时间密切相关；而在模拟生物质的热解过程中，分子动力学模拟可以揭示不同温度和压力下生物质的分解机理、产物分布和反应速率等微观细节。
三、分子动力学模拟在生物质热解中的局限性分子动力学模拟虽然在生物质热解反应的研究中具有很大的潜力，但是其也存在一定的局限性。
分子动力学模拟需要对化学反应过程中的分子结构和运动进行精确建模，而生物质热解反应中的产物种类繁多，模型难以覆盖全部化学反应过程，导致分子动力学模拟结果的精确性和可靠性有限。
生物质热解动力学模型研究进展
生物质热解动力学模型研究进展
李亮;朱一萍;廖玉河
【期刊名称】《能源环境保护》
【年(卷),期】2024(38)2
【摘要】生物质是地球上最丰富的可再生碳资源之一,在实现“双碳”战略目标方面扮演着重要作用。
生物质热解是一项极具前景的生物质利用技术,其中热解形成的生物油有望取代传统化石能源,用于生产高值燃料或化学品。
然而,生物质热解是一个十分复杂的过程,该过程及热解产物分布受诸多因素影响。
因此,发展生物质热解动力学模型对指导热解工艺生产十分重要。
动力学模型的研究不仅可以揭示热解过程中所涉及的物理化学变化,还可以预测热解反应速率及主要产物分布。
早期构建的全局动力学模型为热解机理的理解与更详细模型的发展奠定了基础。
随着生物质热解的主要研究目标由最大化生物油产量转变为最大化高附加值化学品产量,包含更多热解机理信息和可预测更多单个产物产率的半详细和详细动力学模型开始出现。
主要介绍了生物质热解动力学模型的研究现状,将动力学模型分为全局模型、半详细模型和详细模型,并对未来生物质热解动力学研究及详细模型的发展进行了展望。
【总页数】14页(P67-80)
【作者】李亮;朱一萍;廖玉河
【作者单位】中国科学院广州能源研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X505
【相关文献】
1.生物质热解特性及其动力学研究进展
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生物质热解机理研究进展
生物质热解是指在无氧环境下，生物质被加热升温 引起分子分解产生焦炭、 可凝性液体和气体产物的过程 。
1
力学和生物质整体热解动力学。
生物质热解可归结于纤维素、半纤维素和木质素三种主 要成分的热解，国内外研究人员对三种组分的动力学研 究已取得了一定的成绩，尤其是纤维素热解动力学研究 已取得了比较完善的结论。 生物质热解机理研究可以分为两部分，一是热解反 应动力学的研究， 二是具体热解产物形成途径的研究， 两 者构建了机理研究的基础。
但以上研究中忽略了大尺寸样本的影响，这引起了 形成炭的气-固反应，同时，Broido 也表示真空系统存在 泄漏问题，静电负荷累积和实验中的温度偏差。
图2
Broido 纤维素热解多步模型
由于 B-S 模型存在一些疑问，因此随后的研究者对 其进行了改进。 Varhegyi 对纤维素进行热重实验， 发现挥 试验 发分的二次反应对焦炭生成起到了相当大的贡献 5 。 研究发现在高温、气相停留时间长等反应条件下，挥发 分的二次反应也会生成较大产量的焦炭产物。另一方面， 生物质常规热解实验得到的粘稠且具有高度芳香化结构 的焦油明显与可凝性一次挥发分快速冷却得到的液体不 同，根据对两种液体产物组分和结构的分析，可认为常 规热解中产生的焦油是一次挥发分进一步裂解、缩合后 形成的二次产物，即二次焦油。因而，新的纤维素热解 机理模型中引入了二次反应，将 Broido-Shafizadeh 模型 方案进行一定的改进 6 。
G， L和 C分
别是形成气体、液体和炭反应的速率常数， 是木头热解
图 11 图9 Di Blasi 三平行反应模型
廖艳芬等提出的纤维素热解反应机理模型
随着不断改进的检测技术应用到热解机理研究领域， 研究者对生物质热解挥发分组分进行了深入研究，探讨 了一些典型组分如左旋葡萄糖和乙醇醛以及水分、二氧 化碳等的析出规律。同时对于纤维素热解固体产物焦炭 的研究也为了解纤维素热解规律提供了另一方面的论据。 目前应用到焦炭特性研究的工具主要有 SEM 检测焦炭形 态以及孔隙结构、傅里叶变换拉曼光谱仪 (FTIR) 和核磁 共振波谱仪 (NMR) 来分析焦炭官能团的组成随温度的 变化规律来分析纤维素的热解机理，IR 适合于鉴别试样 中的含氧官能团， NMR 则能够定量的比较焦炭中各种 而 官能团的变化，如果能够和热解-质谱分析仪 (Py-MS) 联 用那么热解挥发分的组分就可以和焦炭中官能团的变化 对应起来 17,
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收 稿 日期 ：０ ９—１ ２ ２０ ０— ０
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（ ０７ １０ ； ２ ８６ ５ ） 浙江省科技厅项 目（０ ９ ３０ ３ ； ２ ０ Ｃ １７ ） 浙江工业大学校基金 （ １ １ １２ Ｘ０８７ ） 作者简介 ： 黄承洁（９ ５一） 男 ， １８ ， 广西南宁人 ， 硕士生 ， 主要从事生物质裂解研究 ； － ｉ：ｃ— ｉ ２ ．ｏ Ｅ ｍａｌｈｊｈ＠１６ ｃｍ ・ 通讯作者 ： 于风文 （９ ７ ， ， １６ 一） 女 教授 ， 硕士生导师 ， 主要从事生物质裂解和资源化研究 ； － ｉ ｙｆ＠ｚ ｔ ｄ ．ｎ Ｅｍａ ： ｗ ｊ ． ｕ ｃ 。 ｌｕ ｕｅ
黄承洁 ， 姬登祥 ， 于凤 文 艾 宁 ， ， 计建炳
（ 浙江工业大学 化学工程 与材料 学院； 生物质能源工程研 究中心，浙 江 杭 州 ３ ０ ３ ） １０ ２ 摘 要： 本文概述 了近年来一些生物质热裂解动力学模型方面的研究， 简要介绍了在熔盐热裂解生物质研 究中的应用情况。 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ３－ ８４ ２ １ ） １ ０ ３ ０ １７ ５５ （０ ０ ０ － ０ ９— ５
能源危机 、 环境恶化的双重压力迫使人们急需去寻找一种清洁、 方便的可再生替代能源。由于生物 质能具有环境友好 、 利用方便等特点使其成为一种新的经济、 高效的非常规可再生能源 ， 因此生物质能 的开发及利用备受关注。热解是一种可将生物质高效转化为高品质工业品能源及化学品的转化技术 ， 可以把 ７ ０％ 的生物质转化为液体生物质能， 也可以把 ７ ％ 的生物质转化成可燃气体。生物质热解过 ５ 程复杂 ， 受热解运行条件和生物质本身物化特性影 响。生物质热解动力学是热解技术的基础… ， 对掌 握热化学转化机理和开发热化学转化技术具有重要意义 ， 有助于裂解反应器设计和工艺流程优化 ， 提高 和改 善生物 质热解 的主产物 ， 具有 显著 的经济 和社会 效益 。
第４ ４卷第 １期
２１ ０ ０年 １ 月
生 物 质 化 学 工 程
Ｂｉ ｍａ ｓ Ｃｈ ｍｉ ａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ｏ ｓ ｅ ｃ ｌＥห้องสมุดไป่ตู้ ｉ ｅ ｒｎ
Ｖｏ ． ４ Ｎ ． １４ Ｏ １
Ｊｎ ００ ａ ．２ １
生物 质 热解 动 力 学研 究 进展
ｌ 生物质热解 过程
生物质的热裂解过程 ： ） 圳 １ 热量通过外部热源以对流和辐射的方式传递给物料表面， 热量从表面
传导 到物料 内部 ， 温度 升高 ； ） ２ 构成 生物 质 的聚 合物 将 裂解 成 更小 、 更具 挥 发性 的气体 分 子 ， 时伴 随 同
着 内部 自由水分的蒸发 ， 内部压力升高， 挥发性气体将通过颗粒的微孔逸出进入气相； ） ３ 挥发分的逸出 过程 中 ， 挥发 分 （ ） 热 和未 热解 的物料 （ 较冷 ） 间会 发生 对流传 热 ； ） 热 的结果 使 得部 分挥 发分 冷凝 之 ４传
（ ｅｅｒｈＣｎｅ ｆ ｉ ａｓ ｎｒ ｎｉｅｒ ｇ Ｃ Ｈｇ ｆ ｈｍｉ ｌ ｎ ｎｅｉｇａｄＭ ｔ ａ ｃ ｎｅ Ｒ ｓａｃ ｅｔ ｏ ｏ ｓ ｅｇ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｏｅｅｏ ｅ ｃ ｇ ｅｒ ｎ ａｅ ｌＳ ｉ ｃ ， ｒ Ｂｍ Ｅ ｙ ｎ ｎ Ｃ ａＥ ｉ ｎ ｉ ｒ ｓ ｅ Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈｏ ｇ ， ａｇｈｕ３０ ３ ，Ｃ ｉａ ｈｊ ｎ ｎｖｒｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ Ｈ ｎｚｏ １０２ ｈｎ ） ａ ｓｙ ｏ
关键词 ： 生物质 ； 热解 ； 机理 ； 动力学； 熔盐 ； 模型
中图分类号 ：Ｑ ２ Ｔ ４４
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐ ｏ ｒｓ ｎ Ｋｉ ｅｉｓｏ ｉｍａ ｓＰ ｒｌ ｓｓ ｓ ａｃ ｒ ｇｅ ｓｏ ｎ ｔｃ ｆＢ ｏ ｓ ｙｏｙ ｉ
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形成焦油； ） ５ 裂解过程总是导致碳元素的剩余 ， 以炭的形式 留在颗粒内， 挥发分气体与炭的相互作用会 导致 二 次热解 自催化 反应 的进行 。
２ 生物质热解动力学研究方法
热解动力学分析一般使用热重天平测得的失重速率曲线分析其热解机理 ， 常用的有热重法 （ Ｇ 和 Ｔ） 差示扫描量热法（ Ｓ ） Ｄ Ｃ 。热重法又分为静态法（ 即等温法） 和动态法（ 即非等温法） 。 ］
生